【摘要】：隨著海洋開發(fā)的快速發(fā)展,對(duì)高強(qiáng)度海洋平臺(tái)用鋼需求越來越大。研發(fā)出具有高強(qiáng)度、高韌性、低成本的具有競(jìng)爭(zhēng)力的新鋼種是國(guó)內(nèi)各鋼廠追求的目標(biāo),EQ70海洋平臺(tái)用鋼應(yīng)運(yùn)而生。Ni含量為2.10%的1#EQ70作為最新研發(fā)的低合金高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼,其熱力學(xué)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)特性曲線等缺乏；雖然它的力學(xué)性能都能滿足要求,但是,作為板材,其橫、縱向沖擊功差異較大,不能滿足用戶的要求。因此,本文在1#EQ70鋼成分的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了四組Nb含量不同的鋼,圍繞著減少橫縱向沖擊性能差異、降低生產(chǎn)成本開展了一系列軋制工藝及熱處理方式的研究。 本文應(yīng)用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件,對(duì)實(shí)驗(yàn)用鋼的平衡析出相以及析出相中各組元隨溫度的變化關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算；應(yīng)用Gleeble3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼的臨界相變點(diǎn)和靜態(tài)再結(jié)晶行為進(jìn)行了研究,并分別應(yīng)用JMatPro軟件和DIL805A熱膨脹儀對(duì)其連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT)進(jìn)行了計(jì)算與測(cè)定。 Thermo-Calc計(jì)算結(jié)果表明,平衡狀態(tài)下不同成分的EQ70鋼中的平衡相種類較多,主要有鐵素體、奧氏體、MX、 MnS、 M23C6、 M7C3、 AlN和NbC等相。應(yīng)用Gleeble3800熱模擬機(jī)測(cè)得3#鋼的Ac1和Ac3分別為709和811℃,4#鋼的Ac1和Ac3分別為719和840℃。 含鈮實(shí)驗(yàn)用鋼的靜態(tài)再結(jié)晶開始溫度約為950℃,不含Nb的實(shí)驗(yàn)用鋼的靜態(tài)再結(jié)晶溫度約為900℃。CCT測(cè)定結(jié)果表明：1#EQ70鋼馬氏體轉(zhuǎn)變開始的臨界冷速是2℃/s,冷速小于2℃/s時(shí)組織全部為貝氏體,冷速大于5℃/s后組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 在研究得到的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)奧氏體化溫度和保溫時(shí)間對(duì)橫、縱向奧氏體晶粒長(zhǎng)大行為的影響進(jìn)行了研究,對(duì)Ni、Nb含量變化以及軋制和熱處理工藝對(duì)實(shí)驗(yàn)用鋼的組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明：奧氏體化溫度低于950℃時(shí),加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)奧氏體晶粒的影響不大,所以,實(shí)驗(yàn)用鋼調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)淬火加熱應(yīng)在950℃以下進(jìn)行。奧氏體化溫度為1000℃和1050℃時(shí),保溫時(shí)間由4h增加到5h后,晶粒長(zhǎng)大明顯,這與AlN完全溶解和少量的NbC粗化有關(guān)；溫度由1050℃增加到1100℃時(shí),奧氏體晶粒的長(zhǎng)大是因?yàn)锳kN完全溶解了,并且大量NbC粗化。在850～1200℃實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),橫、縱向奧氏體晶粒尺寸差異不大,二者具有相同的長(zhǎng)大規(guī)律,所以,奧氏體晶粒在橫、縱向變形程度不一致不是引起1#實(shí)驗(yàn)鋼的橫、縱向沖擊性能差異的主要因素。 經(jīng)兩相區(qū)淬火+回火、循環(huán)淬火+回火和調(diào)質(zhì)熱處理后的試樣,Ni含量為2.10%的1#鋼在-20～-100℃范圍內(nèi)的沖擊功都明顯高于Ni含量為1.47%的2#鋼。經(jīng)兩相區(qū)淬火與回火熱處理,1#鋼的-60℃沖擊功依然能滿足要求,并且比調(diào)質(zhì)處理后的高,-40℃時(shí)的沖擊功與循環(huán)淬火后的相差不大。所以,為了保證鋼的低溫韌性,在設(shè)計(jì)Nb含量不同的四種鋼時(shí),Ni含量選取2.1%。 對(duì)于四種不同Nb含量的實(shí)驗(yàn)用鋼,軋制+回火熱處理后的力學(xué)性能都不能滿足要求。所以,不能通過縮短生產(chǎn)流程來降低成本。與不加Nb的3#鋼相比,加入0.02%Nb的4#鋼,經(jīng)軋制+回火熱處理后的,其強(qiáng)度、韌性提高,橫縱向沖擊功的差異減小。Nb含量進(jìn)一步增加到0.03%后,強(qiáng)度幾乎沒有變化,但是橫、縱向沖擊性能的差異擴(kuò)大。所以,選取4#鋼作為研究對(duì)象,研究了終軋溫度、軋后冷速以及熱處理工藝變化對(duì)其組織和力學(xué)性能的影響。 結(jié)果表明,經(jīng)850℃C終軋+水冷工藝軋制,并采用兩相區(qū)淬火+回火熱處理,4#鋼試樣的綜合性能最好,其橫縱向沖擊功差異最小,試樣的沖擊韌性可達(dá)到F級(jí)。與國(guó)內(nèi)研發(fā)的1#鋼相比,4#鋼的Mo和Nb含量更低,更節(jié)約合金元素；與其調(diào)質(zhì)熱處理工藝相比,本研究中應(yīng)用的兩相區(qū)淬火與回火工藝的加熱溫度更低、耗能更少、加熱所需時(shí)間更短；與其力學(xué)性能相比,4#鋼的強(qiáng)度更高、塑性和韌性更好、屈強(qiáng)比更低,橫縱向沖擊功幾乎沒有差異,并且-60℃的沖擊功僅比-40℃略小。
【圖文】：

鋼中殘余奧氏體止裂作用示意圖lisi

2.3.7 MoMo可使鋼的C曲線右移從Ifi丨顯著地提商鋼的洋透性，其作相強(qiáng)于Cr Ifij次于Mn。Mo也使鋼的C曲線珠光體轉(zhuǎn)變部分"MW氏體轉(zhuǎn)變部分發(fā)生分離，兄著抑制珠光體和鐵素體轉(zhuǎn)變，使其Z/i ￠/期延15：：，利于IM氏體轉(zhuǎn)變的發(fā)牛.，使鋼能在卞冷T獲得W氏體。Mo足中強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中主要以碳化物的形式存在，彌散地分布在堪體中強(qiáng)化搞體，提高鋼的強(qiáng)度。似足，MofTm培加的同時(shí)，含Mo碳化物的數(shù)量也隨之增多，分布在品界處的碳化物破壞/堪體的連續(xù)性，惡化鋼的初性。在海灣溫度發(fā)生相變時(shí)，Mo可以在W氏體鐵素體和碳化物之問再分配，，從而使W氏體相變速率減慢。Mo可以通過抑制Nb的擴(kuò)散來細(xì)化析出相。Uemori等[44]懫用FIM (場(chǎng)離子顯微鏡）對(duì)鐵素體巾的析出相進(jìn)行了研宄，發(fā)現(xiàn)Ti-Nb-Mo鋼鐵素體接體丨?.析出相尺寸較細(xì)（23nm)、數(shù)量較多。這是由于Ti-Ni-Mo鋼巾的Mo原在鐵素體晶界處偏析，抑制了 Nb的擴(kuò)散，從Ifl丨細(xì)化丫析出相。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳國(guó)安,楊王s

本文編號(hào)：2582216